現(xiàn)澆鋼筋混凝土單向板經(jīng)濟(jì)性分析

王士波　王瑞強(qiáng)　高宇璇　金松浩

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林延吉　133002)

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現(xiàn)澆鋼筋混凝土單向板經(jīng)濟(jì)性分析

王士波王瑞強(qiáng)高宇璇金松浩*

(延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林延吉133002)

摘要:采用PKPM軟件建立了現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板結(jié)構(gòu)模型，統(tǒng)計(jì)了現(xiàn)澆鋼筋混凝土單向板的用鋼量和混凝土用量，得到了該結(jié)構(gòu)單向板板厚、混凝土強(qiáng)度等級和跨度的經(jīng)濟(jì)組合規(guī)律，為單向板的經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土，單向板，板厚，跨度

在混凝土工程中，鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板的造價在總造價中占有很大的比例，為響應(yīng)國家節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，我們便考慮是否可以通過對現(xiàn)澆混凝土樓板結(jié)構(gòu)中單向板的板厚、混凝土強(qiáng)度等級和跨度的組合的優(yōu)化來節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和降低造價。通過初步調(diào)查，有資料［1-6］表明現(xiàn)澆鋼筋混凝土單向板在設(shè)計(jì)時混凝土強(qiáng)度等級、跨度、板厚等組合是多種多樣的。為進(jìn)一步研究，本文使用軟件對現(xiàn)澆鋼筋混凝土單向板用鋼量和混凝土用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而得出現(xiàn)澆鋼筋混凝土單向板板厚、混凝土強(qiáng)度等級和跨度的組合規(guī)律［6］，為單向板的經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)提供參考。

1　方案設(shè)計(jì)及方法

1．1研究方案設(shè)計(jì)

本研究采用PKPM軟件通過建模，對短跨跨度范圍:1．5 m～3．3 m(長跨是短跨的3倍)，跨度變化間隔為0．3 m的7組跨度的單向板;厚度范圍:60 mm～200 mm，厚度變化間隔為20 mm;混凝土等級:C20～C45;鋼筋等級統(tǒng)一取HRB335進(jìn)行對比分析。按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求“鋼筋混凝土單向板的跨厚比不大于30”，但分析數(shù)據(jù)的時候板厚均從60 mm起算，其目的是更明顯的顯示出其中的規(guī)律性。

1．2設(shè)計(jì)方法

本研究使用PKPM軟件建立如圖1所示的6個尺寸相同的樓板結(jié)構(gòu)。模型中的柱尺寸取400 mm×400 mm，梁高取1/12跨度，建模過程中選擇自動計(jì)算現(xiàn)澆樓板自重，對面層和抹灰統(tǒng)一取1．5 kN/m2，活荷載按照規(guī)范取2．0 kN/m2，算出鋼筋總用量，折算為單位面積鋼筋用量。經(jīng)過市場調(diào)查得到本地區(qū)各強(qiáng)度等級混凝土價格如表1所示。

表1　某地區(qū)各強(qiáng)度等級混凝土價格表　元/m3

將上述價格代入下式:單位面積造價=單位面積混凝土用量×相應(yīng)等級混凝土單價+單位面積鋼筋用量×鋼筋單價，最后對所有收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行列表制圖分析，得出最終結(jié)論。

2　分析與討論

2．1混凝土用量分析

從圖2中可以看出單位面積混凝土造價隨板厚的變化單一，隨著板厚的增大，單位面積混凝土造價直線上升。

2．2鋼筋用量分析

1)板厚對單位面積鋼筋造價的影響。樓板跨度為1．5 m時的不同混凝土強(qiáng)度等級下的單位面積鋼筋價格隨板厚的變化如圖3所示。從圖3可以看出在板厚小于120 mm時，單位面積鋼筋造價基本不變，板厚不小于120 mm以后鋼筋造價幾乎呈直線上升趨勢，原因在于板厚小于120 mm時，配筋量主要受荷載的影響，當(dāng)板厚不小于120 mm時，按照荷載配得的鋼筋不滿足構(gòu)造要求，PKPM軟件自動按照構(gòu)造要求配置鋼筋，導(dǎo)致板厚大于120 mm時單位面積鋼筋造價呈直線上升。另外跨度為1．8 m和2．1 m的樓板也有相同的規(guī)律。

圖1　結(jié)構(gòu)模型

圖2　單位面積混凝土造價隨板厚變化圖

樓板跨度為2．4 m時，單位面積鋼筋造價隨板厚的變化如圖4所示。從圖4中明顯看出在板厚不大于100 mm時曲線是下降的，在大于100 mm時是升高的，其原因是板厚小于100 mm時，隨著板厚的增加需要的鋼筋用量減少，板厚在120 mm之后時，PKPM軟件按構(gòu)造要求配筋，所以隨著板厚的增加，單位面積鋼筋造價呈直線上升的趨勢，另外跨度為2．7 m的樓板也有相同的規(guī)律。

圖3　1.5 m跨單位面積鋼筋造價隨板厚變化圖

圖4　2.4 m單位面積鋼筋造價隨板厚變化圖

圖5是跨度為3．0 m時單位面積鋼筋造價隨板厚的變化圖，從圖中明顯可以看出曲線有先下降后升高的變化。

圖6是跨度為3．3 m時單位面積鋼筋造價隨板厚的變化圖，從圖中可以看出最低點(diǎn)已經(jīng)變?yōu)?20 mm。

綜上可見在研究的范圍內(nèi)板厚的經(jīng)濟(jì)厚度為100 mm～120 mm。

圖5　3.0 m單位面積鋼筋造價隨板厚變化圖

圖6　3.3 m單位面積鋼筋造價隨板厚變化圖

2)跨度對單位面積鋼筋造價的影響。為得出最經(jīng)濟(jì)的板跨，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中挑出具有代表性的組合C25＆100，C25＆120，C30＆100，C30＆120，C35＆100，C35＆120，因?yàn)榛炷翉?qiáng)度等級為C20和C25的單位面積鋼筋造價相同，所以圖7中只取C25為代表，又因?yàn)榛炷翉?qiáng)度等級為C30和C35時單位面積鋼筋造價在圖中處于中間位置，可以代表低強(qiáng)度和高強(qiáng)度的混凝土，故選擇C30和C35為代表;因?yàn)閱挝幻娣e鋼筋造價的最低點(diǎn)全都出現(xiàn)在板厚為100 mm～120 mm之間，所以圖中選擇100 mm～120 mm板厚為代表，畫出單位面積鋼筋造價隨板跨的變化，如圖7所示。從圖7中可以看出曲線有明顯的下降區(qū)段、平緩區(qū)段和上升區(qū)段，所以圖7中板跨為2．1，2．4和2．7時價格最低，是最經(jīng)濟(jì)的板跨選擇。

2．3造價分析

1)板厚對單位面積造價的影響。各個跨度的單位面積造價變化主要受混凝土造價的影響，通過對數(shù)據(jù)的分析，得出兩種變化趨勢圖，見圖8和圖9。

圖7　單位面積鋼筋造價隨板跨變化圖

圖8　1.5 m單位面積造價隨板厚變化圖

圖8為跨度為1．5 m時單位面積造價隨板厚的變化圖，板厚不大于120 mm的斜率較板厚不小于120 mm的小，其原因?yàn)榘搴癫淮笥?20 mm時，單位面積鋼筋造價隨板厚的增大幾乎不變，而板厚不小于120 mm時，單位面積鋼筋造價隨板厚的變化是上升的，這樣再加上混凝土價格隨板厚的增大而增大，即呈現(xiàn)上述規(guī)律?？缍葹?．8 m的時候也有相同的規(guī)律。

圖9為跨度為2．4 m時單位面積造價隨板厚的變化圖，呈現(xiàn)先緩慢上升，后急速上升規(guī)律，與1．5 m跨度的不同在于板厚不大于120 mm時，曲線上升的斜率更小，小于單位面積混凝土造價隨板厚增大而增大的斜率，其原因是板厚不大于120 mm時單位面積鋼筋造價隨板厚的增加而減小。在跨度為2．1 m～3．3 m的時候都呈相同規(guī)律。

2)跨度對單位面積造價的影響。圖10中取了具有代表性的板厚和混凝土強(qiáng)度組合進(jìn)行分析，混凝土強(qiáng)度和板厚的取法與圖7的取法相同，從圖10中可以看出在2．1 m～2．7 m這個范圍內(nèi)，每條曲線都有最低點(diǎn)，與單位面積鋼筋造價隨跨度變化的趨勢相同。

圖9　2.4 m單位面積造價隨板厚變化圖

圖10　單位面積造價隨跨度變化圖

3　結(jié)語

本文通過對PKPM軟件得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并從獲得的有關(guān)現(xiàn)澆鋼筋混凝土單向板造價變化的規(guī)律中得出如下幾條結(jié)論:

1)現(xiàn)澆鋼筋混凝土單向板中混凝土強(qiáng)度的選擇宜在滿足受力和構(gòu)造要求的前提下選擇最低混凝土強(qiáng)度等級。

2)現(xiàn)澆鋼筋混凝土單向板中最經(jīng)濟(jì)的板跨為2．1 m～2．7 m。

3)現(xiàn)澆鋼筋混凝土單向板中最經(jīng)濟(jì)的板厚為100 mm～120 mm(此厚度為在板跨為最經(jīng)濟(jì)板跨時，當(dāng)板跨不在經(jīng)濟(jì)跨度范圍內(nèi)時，宜選擇滿足要求的最小板厚)。

參考文獻(xiàn):

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［6］Shahrooz B M，Mochle J P．Evaluation of Performance of Reinforced Concrete Frames［J］．Joumal of Structural Engineering of ASCE，1990，116(5):1403-1422．

·巖土工程·地基基礎(chǔ)·

On economic analysis of cast-in-place reinforced concrete one-way slabs

Wang ShiboWang RuiqiangGao YuxuanJin Songhao*
(College of Engineering，Yanbian University，Yanji 133002，China)

Abstract:The paper adopts PKPM software to establish the cast-in-place reinforced concrete floor structure model，has the statistics about the steel quantity and concrete volume of the one-way slab of the cast-in-place reinforced concrete，and concludes the economical combination law for the one-way slab thickness，concrete stiff gradation，and span，so as to provide some reference for the design of the one-way slab．

Key words:reinforced concrete，one-way slab，floor thickness，span

通訊作者:金松浩(1969-)，男，講師

作者簡介:王士波(1992-)，男，在讀本科生

收稿日期:2015-10-24

文章編號:1009-6825(2016)01-0066-02

中圖分類號:TU723．3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A